(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、
この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、
前記スライダの変位を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、
前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部と
を備えた測定装置であって、
前記演算部は、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを備え、
前記スケール部で検出されたスライダの変位に前記補正用フィルタを適用して求めた前記スライダ先端の変位の推定値と前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出するものである
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、
この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、
前記スライダの変位を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、
前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部と
を備えた測定装置であって、
前記演算部は、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを備え、
前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値を減算して求めた運動誤差に前記補正用フィルタを適用して求めた運動誤差の補正値と前記設計値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出するものである
ことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、
この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、
前記スライダの変位を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、
前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部と
を備えた測定装置であって、
前記演算部は、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを備え、
前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値の推定値を求め、この求められた前記設計値の推定値を前記スライダの変位から減算して求めた推定運動誤差に前記補正用フィルタを適用して求めた推定運動誤差の補正値と前記推定値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出するものである
ことを特徴とする測定装置。
【請求項４】
前記補正用フィルタは、前記スライダを基準軸方向に移動させて前記倣いプローブの先端球をワークに前記基準軸方向から接触させた状態で複数の往復周波数で往復運動させて前記先端球が変位した際の前記先端球変位検出部が検出した変位と前記スケール部で検出した前記スライダの変位の各周波数における振幅の比率と位相差の情報を記録することにより求められた周波数伝達特性により作成されたものである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項５】
前記周波数伝達特性は、各スライダの位置毎に定められた伝達関数により表され、
前記周波数伝達特性の推定値は、前記各スライダの位置毎に定められた伝達関数に基づき算出される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項６】
前記補正用フィルタは、
前記周波数伝達特性を示す伝達関数の近似関数として、
0005221004.tif 000004
ここで、Ｇｅ：周波数伝達関数の推定値
ｓ：ラプラス演算子
ωＺ：零点の角周波数
ωＰ：極の角周波数
ξＺ：零点の減衰率
ξＰ：極の減衰率
を用い、実測した周波数伝達関数に合わせ込み、当該近似関数を前記周波数伝達特性の推定値として出力する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項７】
被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、
この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、
前記スライダの変位を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、
前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部と
を備えた測定装置が、前記被測定物を測定する表面性状測定方法であって、
前記スケール部で検出されたスライダの変位に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた前記スライダ先端の変位の推定値と前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を有する
ことを特徴とする表面性状測定方法。
【請求項８】
被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、
この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、
前記スライダの変位を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、
前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部と
を備えた測定装置が、前記被測定物を測定する表面性状測定方法であって、
前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値を減算して求めた運動誤差に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた運動誤差の補正値と前記設計値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を有する
ことを特徴とする表面性状測定方法。
【請求項９】
被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、
この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、
前記スライダの変位を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、
前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部と
を備えた測定装置が、前記被測定物を測定する表面性状測定方法であって、
前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値の推定値を求め、この求められた前記設計値の推定値を前記スライダの変位から減算して求めた推定運動誤差に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた推定運動誤差の補正値と前記推定値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を有する
ことを特徴とする表面性状測定方法。
【請求項１０】
被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、
この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、
前記スライダの変位を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、
前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部と
を備えた測定装置に、前記被測定物を測定させるための表面性状測定プログラムであって、
コンピュータに、
前記スケール部で検出されたスライダの変位に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた前記スライダ先端の変位の推定値と前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を
実行させるための表面性状測定プログラム。
【請求項１１】
被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、
この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、
前記スライダの変位を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、
前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部と
を備えた測定装置に、前記被測定物を測定させるための表面性状測定プログラムであって、
コンピュータに、
前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値を減算して求めた運動誤差に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた運動誤差の補正値と前記設計値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を
実行させるための表面性状測定プログラム。
【請求項１２】
被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、
この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、
前記スライダの変位を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、
前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部と
を備えた測定装置に、前記被測定物を測定させるための表面性状測定プログラムであって、
コンピュータに、
前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値の推定値を求め、この求められた前記設計値の推定値を前記スライダの変位から減算して求めた推定運動誤差に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた推定運動誤差の補正値と前記推定値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を
実行させるための表面性状測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倣いプローブを用い、倣い測定を行った場合の測定誤差の補正を実行可能な測定装置、表面性状測定方法、及び表面性状測定プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
倣いプローブを備えた測定装置を用いて、倣いプローブによる測定等を行った場合、スライダの動作に伴う影響等により、測定誤差が生じる。例えば、倣いプローブによる円測定を行う場合、象限突起と呼ばれる運動誤差が発生する。この象限突起とは、倣いプローブの円運動において、測定機の機械直交座標の象限切換時（各軸の運動方向反転時）に、突起状に形成される運動誤差である。そして、この象限突起によって、突起状の測定誤差が発生する。
【０００３】
この象限突起は主として、測定機の機械構造に起因するバックラッシュ等に起因して発生する。
【０００４】
図８に、従来の三次元測定装置によるリングゲージ（リング状の被測定物）の測定例を示す。図８に示す例においては、第４象限と第１象限の境界領域Ｐ１と、第２象限と第３象限の境界領域Ｐ２に突起の測定誤差が観測されている。
【０００５】
一方、倣いプローブによる測定誤差の補正方法の一例が、以下の特許文献に記載されている。例えば、特許文献１によれば、測定スライダの位置と測定スライダ加速との関数として、ＣＭＭの撓み特性を表す補正値を記憶し、質量慣性により発生される力の作用による誤差を解消している。さらに、特許文献２には、測定力、加速度、ＣＭＭの弾性曲げ特性から、補正値を算出する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平７−３２４９２８号公報
【特許文献２】特開平７−３２４９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記測定装置のような構成により排除される測定誤差は、一部であり、未だに、その測定値には、様々な誤差が含まれている。例えば、測定誤差として、上記突起状の測定誤差等が含まれる可能性を有している。
【０００７】
また、測定スライダの超低速送り時などには、スライダ摺動面形状や潤滑の状態によっては、いわゆるスティックスリップが生じ、必ずしも円滑な測定スライダ送りが行えず、その結果、測定誤差を生じる場合がある。
【０００８】
さらに、質量慣性により発生される力の作用を測定スライダの位置と加速度に基づくたわみ特性として表して補正する従来技術においては、位置／加速度とたわみ特性との関係のみからしか補正値を得ることが出来ないが、測定スライダの共振等に起因する過渡的異常振動などに起因する誤差、さらには駆動部の従属構造（例えば、Ｙ軸スライダによってＸ軸ガイドが駆動され、Ｘ軸スライダによってＺ軸ガイドが駆動され、Ｚ軸スライダがプローブを支持するような従属接続的構造。図１参照）に起因する複雑な相対変位特性（特に被測定物の輪郭倣いを行って倣い測定を行う場合の各軸変位の過渡的現象に起因する特性）を原因とする誤差などを生じる場合がある。
【０００９】
よって、完全な誤差補正による測定精度のさらなる改善が待ち望まれている。
【００１０】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、測定誤差を低減して、被測定物を高精度に測定可能な測定装置、表面性状測定方法、及び表面性状測定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る第１の測定装置は、被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、前記スライダの変位を検出するスケール部と、前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部とを備えた測定装置であって、前記演算部は、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを備え、前記スケール部で検出されたスライダの変位に前記補正用フィルタを適用して求めた前記スライダ先端の変位の推定値と前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出するものであることを特徴とする。
【００１２】
上記のような構成とすることにより、演算部が補正用フィルタを介して出力されたスケール部とスライダ先端との間の相対変位特性を用いて、測定値を算出するので、スケール部とスライダ先端部間の変位誤差を低減し、高精度で被測定物を測定可能となる。被測定物としては、特にエンジンのシリンダ、ピストンなどの各軸速度成分の変化範囲が広い円形状である場合に有効である。
【００１３】
本発明に係る第２の測定装置は、被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、前記スライダの変位を検出するスケール部と、前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部とを備えた測定装置であって、前記演算部は、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを備え、前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値を減算して求めた運動誤差に前記補正用フィルタを適用して求めた運動誤差の補正値と前記設計値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出するものであることを特徴とする。
【００１４】
上記のような構成とすることにより、演算部がスケール部で検出されたスライダの変位から被測定物の設計値を減算した後に、補正用フィルタによる処理を実行する。したがって、設計値に対して、スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値を減算した値（運動誤差）は、極めて小さくなる。よって、この極めて小さい値に対して補正処理を行えば良いから、補正用フィルタの演算のダイナミックレンジ（演算系において取り扱える最小値と最大値との比率）を有効に活用することができ、さらに高精度な補正を実現することができる。
【００１５】
本発明に係る第３の測定装置は、被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、前記スライダの変位を検出するスケール部と、前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部とを備えた測定装置であって、前記演算部は、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを備え、前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値の推定値を求め、この求められた前記設計値の推定値を前記スライダの変位から減算して求めた推定運動誤差に前記補正用フィルタを適用して求めた推定運動誤差の補正値と前記推定値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出するものであることを特徴とする。
【００１６】
上記のような構成とすることにより、演算部がスケール部で検出されたスライダの変位から被測定物の形状の推定値を減算した後に、補正用フィルタによる処理を実行する。したがって、推定値に対して、スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の推定値を減算した値（推定運動誤差）は、極めて小さくなる。よって、この構成においても、補正用フィルタの演算のダイナミックレンジを有効に活用することができ、さらに高精度な補正を実現することができる。
【００１７】
前記補正用フィルタは、前記スライダを基準軸方向に移動させて前記倣いプローブの先端球をワークに前記基準軸方向から接触させた状態で複数の往復周波数で往復運動させて前記先端球が変位した際の前記先端球変位検出部が検出した変位と前記スケール部で検出した前記スライダの変位の各周波数における振幅の比率と位相差の情報を記録することにより求められた周波数伝達特性により作成されたものとしてもよい。
【００１８】
前記周波数伝達特性は、各スライダの位置毎に定められた伝達関数により表され、前記周波数伝達特性の推定値は、前記各スライダの位置毎に定められた伝達関数に基づき算出する構成としてもよい。
【００１９】
前記補正用フィルタは、前記周波数伝達特性を示す伝達関数の近似関数として、
【００２０】
【数１】
0005221004.tif 000002
【００２１】
を用い、実測した周波数伝達関数に合わせ込み、当該近似関数を前記周波数伝達関数の推定値として出力する構成としてもよい。
【００２２】
本発明に係る第１の表面性状測定方法は、被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、前記スライダの変位を検出するスケール部と、前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部とを備えた測定装置が、前記被測定物を測定する表面性状測定方法であって、前記スケール部で検出されたスライダの変位に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた前記スライダ先端の変位の推定値と前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る第２の表面性状測定方法は、被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、前記スライダの変位を検出するスケール部と、前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部とを備えた測定装置が、前記被測定物を測定する表面性状測定方法であって、前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値を減算して求めた運動誤差に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた運動誤差の補正値と前記設計値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る第３の表面性状測定方法は、被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、前記スライダの変位を検出するスケール部と、前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部とを備えた測定装置が、前記被測定物を測定する表面性状測定方法であって、前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値の推定値を求め、この求められた前記設計値の推定値を前記スライダの変位から減算して求めた推定運動誤差に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた推定運動誤差の補正値と前記推定値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る第１の表面性状測定プログラムは、被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、前記スライダの変位を検出するスケール部と、前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部とを備えた測定装置に、前記被測定物を測定させるための表面性状測定プログラムであって、コンピュータに、前記スケール部で検出されたスライダの変位に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた前記スライダ先端の変位の推定値と前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を実行させるためのものである。
【００２６】
本発明に係る第２の表面性状測定プログラムは、被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、
この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、前記スライダの変位を検出するスケール部と、前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部とを備えた測定装置に、前記被測定物を測定させるための表面性状測定プログラムであって、コンピュータに、前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値を減算して求めた運動誤差に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた運動誤差の補正値と前記設計値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を実行させるためのものである。
【００２７】
本発明に係る第３の表面性状測定プログラムは、被測定物に接触する先端球を先端に備え倣い測定を行うための倣いプローブと、この倣いプローブを先端で支持すると共に移動自在に設けられたスライダと、前記スライダの変位を検出するスケール部と、前記倣いプローブの先端球の前記スライダ先端に対する変位を検出する先端球変位検出部と、前記スケール部により検出された前記スライダの変位と前記先端球変位検出部で検出された先端球の変位とから測定値を算出する演算部とを備えた測定装置に、前記被測定物を測定させるための表面性状測定プログラムであって、コンピュータに、前記スケール部で検出されたスライダの変位から前記被測定物の設計値の推定値を求め、この求められた前記設計値の推定値を前記スライダの変位から減算して求めた推定運動誤差に、前記スケール部から前記スライダ先端までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを適用して求めた推定運動誤差の補正値と前記推定値及び前記先端球の変位とを加算して前記測定値を算出する工程を実行させるためのものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、演算部が補正用フィルタを介して出力されたスケール部とスライダ先端との間の相対変位特性に基づいて、測定値を算出するので、スケール部からスライダ先端部までの変位誤差を低減し、高精度で被測定物を測定可能な測定装置、表面性状測定方法、及び表面性状測定プログラムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る三次元測定装置について説明する。
【００３０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置の概略構成を示す斜視図である。この三次元測定装置は、三次元測定機１と、この三次元測定機１を駆動制御して必要な測定値を取り込むと共に被測定物表面性状算出に必要な演算処理を実行するコンピュータ２とから構成されている。
【００３１】
三次元測定機１は、例えば図１に示すように構成されており、除震台１０の上には、定盤１１がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤１１の両端側から立設されたビーム支持体１２ａ，１２ｂの上端でＸ軸方向に延びるビーム１３を支持している。ビーム支持体１２ａは、その下端がＹ軸駆動機構１４によってＹ軸方向に駆動される。また、ビーム支持体１２ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１にＹ軸方向に移動可能に支持されている。ビーム１３は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１５を支持する。コラム１５は、ビーム１３に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１５には、スライダ１６がコラム１５に沿ってＺ軸方向に駆動されるように設けられている。スライダ１６の下部先端には、接触式の倣いプローブ１７が装着されている。また、倣いプローブ１７の先端には、例えば球状の先端球１７ａが設けられている。この先端球１７ａが、定盤１１上に載置された被測定物３１に接触し、その基準位置（中立位置）からシフトさせられると、倣いプローブ１７に内蔵された先端球変位検出部１９ｂから、そのシフト量（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向）が出力され、そのときの先端球１７ａのＸＹＺ座標値（基準位置からのシフト量）をコンピュータ２が取り込むように構成されている。
【００３２】
コンピュータ２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、マウス２３、ＣＲＴ２４及びプリンタ２５を備えて構成されている。
【００３３】
次に、図２を参照して、三次元測定装置の機能構成について説明する。図２は、三次元測定装置の機能ブロック図である。
【００３４】
三次元測定機１には、プローブ１７をＸＹＺ軸方向に駆動するためのＸＹＺ軸駆動部１８と、ＸＹＺ軸方向の移動に伴って、スライダ１６の各軸方向の移動パルスを出力するスケール部１９ｂとが内蔵されている。このスケール部１９ｂは、Ｙ軸駆動機構１４の近傍に配置されビーム支持体１２ａのＹ軸方向変位を検出するＹ軸スケール部１９ｂｙと、ビーム１３に配置されコラム１５のＸ軸方向変位を検出するＸ軸スケール部１９ｂｘと、コラム１５に配置されスライダ１６のＺ軸方向変位を検出するＺ軸スケール部１９ｂｚとを含んで構成される。検出した先端球１７ａ及びスライダ１６の変位情報（先端球変位検出部１９ａから出力されるＸＹＺ軸シフト量及びスケール部１９ｂから出力される各軸方向変位）は、後述する演算部２１２に出力される。
【００３５】
コンピュータ２のコンピュータ本体２１は、主として、例えばＨＤＤ、半導体メモリ等により構成され、情報を記憶する記憶部２１１と、ＣＰＵ等により実現され、三次元測定機１の駆動及び測定値を算出する演算部２１２と、ＣＲＴ２５に表示する画像制御を行う表示制御部２１３と、Ｉ／Ｆ（インタフェース）２１４〜２１６とから構成されている。なお、記憶部２１１には、三次元測定機１を駆動させる表面性状測定プログラム、及びその測定により検出された検出値、被測定物の設計値などが記憶されおり、演算部２１２は、記憶部２１１から、表面性状測定プログラムを読み出し、被測定物の形状を測定する。
【００３６】
演算部２１２は、キーボード２２、ジョイスティック２３及びマウス２４からＩ／Ｆ２１４を介して入力されたオペレータの指示情報を受け付ける。また、演算部２１２は、検出した先端球変位情報及びスライダ変位情報を取り込む。演算部２１２は、これらの入力情報、オペレータの指示情報及び記憶部２１１に格納されたプログラムに基づいて、ＸＹＺ軸駆動部１８によるスライダ１６の移動、及びワーク３１の画像の解析、測定値の補正処理等の各種の処理を実行する。演算部２１２は、各種処理により算出された測定値を、インタフェース２１５を介してプリンタ２６に出力する。なお、インタフェース２１６は、外部の図示しないＣＡＤシステム等より提供されるワーク１２のＣＡＤデータを、所定の形式に変換してコンピュータシステム２１に入力するためのものである。
【００３７】
次に、図３及び図４を参照して、被測定物３１の測定値を算出する演算部２１２の機能構成、及び測定値を算出する工程について説明する。図３は、演算部２１２及びその周辺機器によって実現する三次元測定装置の制御ブロック図であり、図４は、測定値を算出する測定値算出処理を示すフローチャートである。
【００３８】
まず、スケール部１９ｂは、スライダ１６の変位を検出し（ステップＳ１１）、その変位を演算部２１２に入力する。演算部２１２は、補正用フィルタ２１２ａにおいて、入力されたスライダ１６の変位に基づき、測定空間中のスライダ１６の先端部の変位（座標）であるスライダ先端変位推定値を演算する（ステップＳ１２）。
【００３９】
例えば、演算部２１２は、補正用フィルタ２１２ａにおいて、実測したスケール部１９ｂの変位に基づき、スライダ１６先端までの周波数伝達関数ＧＲに近似して設定した推定値Ｇｅ(s)を補正値として用いる。この推定値Ｇｅ(s)は、例えば、以下に示す（式１）である。
【００４０】
【数２】
0005221004.tif 000003
【００４１】
つづいて、先端球変位検出部１９ａは、スライダ１６先端部に対する先端球１７ａの変位（先端球１７ａの基準位置からのシフト量）を示す先端球変位値を検出し（ステップＳ１３）、演算部２１２に入力する。そして、演算部２１２は、スライダ先端変位推定値及び先端球変位値に基づき、測定値を算出して出力する（ステップＳ１４）。
【００４２】
なお、補正用フィルタ２１２ａにおける周波数伝達特性は、例えば、次のように求めることが出来る。
【００４３】
まず、三次元測定機１の定盤１１上にゲージブロック等のワークを載置する。この時、三次元測定機のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向とワークの面方向とが一致するようにする。
【００４４】
次に例えば、スライダ１６をＹ軸方向へ移動して倣いプローブ１７の先端球１７ａがワークのＸＺ面に所定量押し込まれる（先端球１７ａがＹ軸方向に所定量シフトする）ように接触させる。その後、三次元測定機１のスライダ１６が所定時間Ｙ軸方向に往復運動するようにＹ軸駆動機構１４に指令を与える。この時、先端球変位検出部１９ａから出力されるＸＹＺ軸シフト量とスケール部１９ｂから出力される各軸方向変位との振幅と位相とをそれぞれ記録する。なお、この往復運動に際しては、通常は正弦波状に往復運動をさせることが好ましい。
【００４５】
次に同様に異なる往復運動の時間（往復の周期：あるいは往復の周波数）で、それぞれの振幅と位相を記録する。
【００４６】
このようにして求めた各周期（各周波数）における振幅と位相との情報から、Ｙ軸スケール部１９ｂｙからスライダ１６先端部までの周波数伝達関数を求めることが出来る。
【００４７】
Ｘ軸、Ｚ軸についても図示しないＸ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構に指令を与えて同様にして求めることができる。
【００４８】
なお、Ｙ軸スケール部１９ｂｙからスライダ先端部までの周波数伝達特性と、Ｘ軸スケール部１９ｂｘからスライダ１６先端部までの周波数伝達特性と、Ｚ軸スケール部１９ｂｚからスライダ１６先端部までの周波数伝達特性とは、それぞれ特性が必ずしも一致しないので、伝達関数としては通常異なるものとなる。
【００４９】
また、この伝達関数は、例えば三次元測定機１のビーム支持体１２ａ、１２ｂの位置（例えば図１において手前側か中央部か奥側か）に応じて異なる場合がある。
【００５０】
このような場合は、スライダ１６のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の所定位置ごとに伝達関数を求めておき、スライダのＸ、Ｙ、Ｚ軸方向位置に対応する伝達関数を用いることによって、補正用フィルタ２１２ａの精度をより高くすることができる。
【００５１】
さらに、この補正用フィルタ２１２ａの求め方で示した例では、Ｙ軸駆動機構１４に往復指令を与えた際には、先端球変位検出部１９ａの出力はＹ軸成分のみが出力され、他の軸（Ｘ、Ｚ軸）の成分には変化が生じないことを前提としているが、実際にはＹ軸のみに往復指令を与えても、Ｘ、Ｚ軸成分に変化が現れることがある。つまり、ビーム支持体１２ａ、１２ｂをＹ軸方向（図１の手前／奥行き方向）に振動させた場合、倣いプローブ１７の先端球１７ａにＸ軸方向あるいはＺ軸方向の振動が生じる場合がある。このような異軸方向の振動が生じる場合、その成分に基づく伝達関数を求めておき、補正用フィルタ２１２ａによってスライダ１６先端の変位の推定をより正確に行うことができる。なお、異軸成分を求める際には、例えば、倣いプローブ１７の先端球１７ａがワークのＹ軸方向に所定量押し込まれるように接触させるのみではなく、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向においても先端球１７ａを拘束することが好ましい。例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向への自由度がなく、各軸の回転方向には自由度のある回転継手などを用いて先端球１７ａを定盤１１に固定しても良い。
【００５２】
このように、スライダ１６の各軸位置毎、さらには異軸振動に基づく伝達関数を求め、この伝達関数を補正用フィルタ２１２ａに設定することによって、スライダ１６先端の変位の推定をより正確に行うことができる。
【００５３】
以上のように、本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置によれば、測定値を求める際、スケール部１９ｂからスライダ１６先端部までの周波数伝達特性（相対変位特性）から求めた伝達関数を設定した補正用フィルタ２１２ａを適用している。これにより、従来のスケール部の位置（スケール部の位置＝スライダ先端部の位置と考える）に代わり、スライダ１６先端部の位置を、より正確に求めることができる。そして、この補正処理を施したスライダ１６先端部の位置及び先端球１７ａの位置を加算することにより、象限突起、ロストモーション、過渡現象、共振現象などによる影響を相殺して測定値を求めることができ、高精度でリングゲージ等の被測定物の測定を行うことが可能となる。
【００５４】
［第２実施形態］
次に、図５〜図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る三次元測定装置を説明する。第２実施形態に係る三次元測定装置の第１実施形態と異なる箇所は、演算部２１２による演算のみである。したがって、第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。図５は、本発明の第２実施形態に係る三次元測定装置の演算部２１２’による制御ブロック図であり、図６は、測定値算出処理を示すフローチャートであり、図７は、本実施形態を適用した場合における被測定物３１の測定値のシミュレーション結果を示す図である。
【００５５】
図５及び図６に示すように、第１実施形態と同様に、先ず、スケール部１９ｂは、スライダ１６の変位を検出し（ステップＳ３１）、演算部２１２’に出力する。次に、演算部２１２’は、記憶部２１１に予め記憶された被測定物３１の形状情報である設計値を読み出し、その設計値を入力されたスライダ１６の変位から減算し、運動誤差を算出する（ステップＳ３２）。続いて、演算部２１２’は、補正用フィルタ２１２ａにおいて、運動誤差がスライダ１６の先端位置に及ぼす影響の補正処理を実行することによってスライダ１６の先端位置誤差を推定する（ステップＳ３３）。続いて、演算部２１２’は、補正を施したスライダ１６の運動誤差に、記憶部２１１から読み出された設計値を加算し、運動誤差補正後のスライダ変位を算出する（ステップＳ３４）。そして、先端球変位検出部１９ａは、スライダ１６先端部に対する先端球１７ａの変位情報を検出し（ステップＳ３５）、この先端球１７ａの変位情報、及び運動誤差補正後のスライダ１６の変位に基づき、測定値を算出する（ステップＳ３６）。
【００５６】
図７に示すように、本発明の第２実施形態に係る三次元測定装置を使用した場合の測定値のシミュレーション結果を参照すると、従来例である図８と比較して、第４象限と第１象限との境界領域Ｐ１、及び第２象限と第３象限との境界領域Ｐ２において、突起状の測定誤差が除去されていることが分かる。
【００５７】
上記のように、第２実施形態に係る三次元測定装置は、運動軌跡誤差（スライダ１６の位置情報から設定値を減算した値：運動誤差）に補正用フィルタ２１２ａを適用する構成である。
【００５８】
ここで、一般的な測定、例えば、φ１００ｍｍのリングゲージを測定する場合、設計値の１００ｍｍに対して、運動軌跡誤差は、数百μｍ程度であり、これらの値は１０３もオーダーが異なる。一方、一例として補正用フィルタ２１２ａを実現する演算部２１２’の単精度浮動小数点演算精度は、通常、１０７（１．７×１０７≒２４ｂｉｔ）程度である。このように、設計値に対して運動軌跡誤差は、極めて小さいため、誤差による数値領域を分離して演算することにより、補正用フィルタ２１２ａの演算のダイナミックレンジを有効に活用することができる。この結果、より高精度な補正を実現することができる。
【００５９】
［変形例］
第２実施形態においては、記憶部２１１から、設計値を読み出し、実測したスライダ１６の位置から減算して運動誤差を求める構成としたが、これ以外の構成を採用することも可能である。例えば、実測したスライダ１６の位置情報に基づき、最小自乗法等により被測定物の設計値の推定値を算出して、その推定値を実測したスライダ１６の位置情報から減算して推定運動誤差を求め、この推定運動誤差に補正用フィルタ２１２ａを用いて推定運動誤差の補正値を求め、この補正値と設計値の推定値と先端球の変位とを加算して測定値を算出する構成としてもよい。この変形例によれば、記憶部２１１に設計値を保持する必要がないため、設計値そのものが不明の被測定物であってもこの発明を実施できる。
【００６０】
なお、この第２実施形態あるいは変形例においても、第１実施形態で示したように、スライダ１６のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の所定位置ごとに伝達関数を求めておき、スライダのＸ、Ｙ、Ｚ軸方向位置に対応する伝達関数を用いることによって、補正用フィルタ２１２ａの精度をより高くすることができる。
【００６１】
また、この伝達関数の選択において、個別のＸ、Ｙ、Ｚ軸の所定位置ごとに伝達関数を選択しても良いが、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の所定位置で決まる三次元空間位置ごとに伝達関数を選択するようにしても良い。
【００６２】
上記実施形態においては、円の倣い測定の場合について説明したが、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではなく、例えば、自由曲面の倣い測定等にも適用可能である。
【００６３】
さらに倣い測定はあらかじめ決められた軌跡（設計値）を追従する設計値倣い測定でも、あるいは自律倣い測定（被測定物の表面形状を測定機が逐一推定しながら倣い測定を行う）であっても、本発明を実施できる。
【００６４】
また、本件実施例においては、三次元測定装置に限って説明したが、これに限らず画像測定装置、輪郭形状測定装置、真円度測定装置、表面粗さ測定装置など、各種の測定装置においても同様に本件発明を実施できることは言うまでもない。
また、本件実施例においては、座標・形状測定に限って説明したが、これに限らず真円度測定、輪郭形状測定、粗さ／うねり測定などの表面性状測定においても同様に本件発明を実施できることは言うまでもなく、同様に表面性状測定プログラムにおいても本件発明を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置の制御ブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置の測定値算出処理のフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る三次元測定装置の制御ブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る三次元測定装置の測定値算出処理のフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る三次元測定装置を使用した場合における、被測定物の形状の測定値のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】従来の三次元測定装置を適用した場合における被測定物の形状の測定値を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…三次元測定機、２…コンピュータ、１０…除震台、１１…定盤、１２ａ，１２ｂ…ビーム支持体、１３…ビーム、１４…Ｙ軸駆動機構、１５…コラム、１６…スライダ、１７…倣いプローブ、１７ａ…先端球、１８…ＸＹＺ軸駆動部、１９ａ…先端球変位検出部、１９ｂ…スケール部、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…マウス、２４…ＣＲＴ、２５…プリンタ、３１…被測定物、２１１…記憶部、２１２，２１２’…演算部、２１２ａ…補正用フィルタ、２１３…表示制御部、２１４〜２１６…Ｉ／Ｆ。
【図１】
0005221004.tif 000005
【図２】
0005221004.tif 000006
【図３】
0005221004.tif 000007
【図４】
0005221004.tif 000008
【図５】
0005221004.tif 000009
【図６】
0005221004.tif 000010
【図７】
0005221004.tif 000011
【図８】
0005221004.tif 000012